【文章內容簡介】 將保持 n=Nc， 而dE/dx=0 EqJqvJn cc0??? 46 有效基區(qū)擴展效應 弱場情況 ? 有多余部分 n積累在電場區(qū)邊界做為負電荷層以維持電場 ， 弱場中只允許 n=Nc的電子流過 。 ? 外加電壓不變 ， 電場分布曲線包圍面積不變 ， E(x)曲線包圍區(qū)域隨 Jc增大而變窄 、 增高 ， 直至達到強場 ， n才可以大于 Nc， v=vsl。 47 cccccTcccTcnncrcTcccrccWVWVNWVqnqvJWVEJJJ??? ????????0039。39。039。39。0 時， 有效基區(qū)擴展效應 弱場情況 )](1[ )](1[ )( 039。039。39。ccDccbbccDccci bci bccTccci bcrWVVJNqWWWWVVJNqWWWWVJWJJ???+???????????時，感應基區(qū)寬度為當48 有效基區(qū)擴展效應 小結 ? 有效基區(qū)擴展效應是大電流 （ 密度 ） 下造成晶體管電流放大系數下降的重要原因之一 。 根據晶體管結構和工作條件 ， 有效基區(qū)擴展效應分三種類型 ， 有各自的擴展規(guī)律 、 機制和臨界電流密度 。 ? ：有 即有擴展 ， 時 ： 時 ， 開始擴展 。 ： 時 ， 開始擴展 。 ? 由于 的變化 ， 改變了空間電荷區(qū)電場和電荷分布 ， 出現有效基區(qū)擴展 ， 本質上都是集電結空間電荷區(qū)總電荷在一定的集電結偏壓作用下恒定的限制所造成的 ， 故也稱集電結空間電荷區(qū)電荷限制效應 。 Dslcrc NqvJJ ?? )211(0 ?? mc ib xW])(1[ 239。cmccrcrcWxJJJ +??ccTCccrc WVNqvJJ????39。39。cJcrcr JJ ?39。crcr JJ ?39。39。49 發(fā)射極電流集邊效應 50 發(fā)射極電流集邊效應 ? 實際晶體管中 ， 基極電流平行于結平面流動 ? 基極電流在狹長的基極電阻上產生平行于結平面方向的橫向壓降 ? 大電流下 ， 橫向壓降也很大 ， 明顯改變 eb結各處實際電壓 ， 導致各處實際注入電流的懸殊差異 ? 電流大部分集中在發(fā)射區(qū)邊界 ， 使發(fā)射區(qū)面積不能充分利用 ? 電流的局部集中使得在小電流下局部也有較大的電流密度 ， 從而引起局部的 “ 大注入 ” 效應和有效基區(qū)擴展效應 51 發(fā)射極電流集邊效應 1. 發(fā)射極電流分布 2. 發(fā)射區(qū)有效寬度 3. 發(fā)射極有效長度 4. 基極電阻的變化 ? 發(fā)射極電流集邊效應 ? 發(fā)射區(qū)有效 （ 半 ） 寬度 ? 發(fā)射極有效長度 ? 發(fā)射極峰值電流密度 ? 發(fā)射極平均電流密度 概念 定義 計算 52 發(fā)射極電流集邊效應 （ 137） ? 由于 pn 結電流與結電壓的指數關系 ， 發(fā)射結偏壓越高 ， 發(fā)射極邊緣處的電流較中間部位的電流越大 ， 這種現象稱為 發(fā)射極電流集邊效應 。 ? 這種效應是由于基區(qū)體電阻的存在引起橫向壓降所造成的 ， 又稱之為 基極電阻自偏壓效應 。 kTqVeII 0?ekTqVkTqkTVqe IeeeIeIIebeb 110(039。 ???? ?53 發(fā)射極電流集邊效應 圖 413 發(fā)射極上的電流分布 54 發(fā)射極電流集邊效應 發(fā)射極 電流集邊效應 (或基極電阻自偏壓效應 )增大了發(fā)射結邊緣處的電流密度 ， 使之更容易產生大注入效應或有效基區(qū)擴展效應 ，同時使發(fā)射結面積不能充分利用 ， 因而有必要對發(fā)射區(qū)寬度的上限作一個規(guī)定 。 ? 為充分利用發(fā)射區(qū)面積 ， 限制集邊效應 ， 特規(guī)定：發(fā)射極中心到邊緣處的橫向壓降為 kT/q時所對應的發(fā)射極條寬為發(fā)射極有效寬度 ， 記為 2Seff。 Seff稱為有效半寬度 。 55 發(fā)射極電流集邊效應 56 dyyJyIWL dyyIdrydV BbBbebBb ??????? )()()()( ?? 發(fā)射極電流集邊效應 （ 444） （ 445） ( ) ( ) ( ) ( )bEbCEBWyJWyJyJdydJ ????? 1rb的自偏壓 dyLyJdIyIdyLyJyI ecBBeEB ?++??+ )()()()(57 發(fā)射極電流集邊效應 ( ) ( ) ( ) ( ) kTyqVEkTyqVEE eJeJyJ E 00 ?? （ 446） 0 E區(qū) V Y V(Y) VE(y) V(y)—— 沿 Y方向的電勢分布 VE(y)—— 沿 Y方向 eb結上電壓分布 ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )? ? ( ) ( ) kTyqVEkTyVVqEkTyqVEEkTqVEEeJeJeJyJeJJEEE0000000????+ 58 發(fā)射極電流集邊效應 ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )( ) ( )( )( )( )??????+??????????+????kTyqVJWeJWkTyqVJWeJWdyyVdEbbkTyqVEbbEEbbkTyqVEbb E10101 1110022????????（ 447） 邊界條件： ( ) ( ) 0 。 000 ????yy dyydVyV解得： （ 448） ?????? ???+ yqkTWJchqkTqkTyVbEbE21])( )0()1([)( ??59 發(fā)射極電流集邊效應 ( ) ( ) qkTyVSyyVy effSyef fy ???? ?? 。 0 0S 0ef f 時，時，的定義：根據( ) ( )21]01[Ebbe f f JqkTWS?? ??（ 449） 可代替 JE(0)計算 Seff， 意義更明顯，運用更方便。 )0(7 1 )0()0()(1)0(7 1 0 EqkTkTqVEef fEEEPJdVeJVSVJJJ?????發(fā)射極平均電流密度：發(fā)射極峰值電流密度：60 發(fā)射極電流集邊效應 有關定義均以發(fā)射極寬度等于有效寬度為前提。 當發(fā)射極寬度大于有效寬度時 ， 可認為中心附近區(qū)域 （ Seff之外區(qū)域 )對器件工作不起作用 ， 或沒有電流 （ 實際很小 ） 。 上述討論以 y=0為坐標原點 ， 但 Seff是從發(fā)射極邊緣向中心計算的 。 61 發(fā)射極電流集邊效應 ? 定義： 沿極條長度方向 ， 電極端部至根部之間壓降為 kT/q時所對應的發(fā)射極長度稱為發(fā)射極有效長度 ? 作用：類似于基極電阻自偏壓效應 ， 但沿 Z方向 ，作用在結的發(fā)射區(qū)側 ? 計算：與基極電阻相同求法求出發(fā)射極條等效電阻后 ,按定義求出 。 圖 417 沿發(fā)射極條長方向的電流分布 62 發(fā)射極電流集邊效應 ? 大電流下 ， 計算基極電阻時 ， 發(fā)射極電流均勻分布的假設不再成立 。 由于集邊效應 ， 使得與 Ie復合的基極電流也不再線性減小 ? 大注入效應所引起的基區(qū)電導調制效應使基區(qū)電阻大為減小 ? 有效基區(qū)擴展效應也使基區(qū)電阻減小 總之 ， 大電流下 ， 基極電阻會大為減小 。 但一般難于計算 ， 可通過實驗測得 。 63 發(fā)射極電流集邊效應 小結 1. 發(fā)射極電流分布 2. 發(fā)射區(qū)有效寬度 3. 發(fā)射極有效長度 4. 基極電阻的變化 ? 發(fā)射極電流集邊效應 ? 發(fā)射區(qū)有效 （ 半 ） 寬度 ? 發(fā)射極有效長度 ? 發(fā)射極峰值電流密度 ? 發(fā)射極平均電流密度 概念 定義 計算 ? 為充分利用發(fā)射區(qū)面積 ， 限制集邊效應 ， 特規(guī)定： 發(fā)射極中心到邊緣處的橫向壓降為kT/q時所對應的發(fā)射極條寬為發(fā)射極有效寬度 ， 記為 2Seff。 Seff稱為有效半寬度 。 ? 大電流下 ， 計算基極電阻時 ， 發(fā)射極電流均勻分布的假設不再成立 。 由于集邊效應 ， 使得與 Ie復合的基極電流也不再線性減小 ? 大注入效應所引起的基區(qū)電導調制效應使基區(qū)電阻大為減小 ? 有效基區(qū)擴展效應也使基區(qū)電阻減小 總之 ， 大電流下 ， 基極電阻會大為減小 。 但一般難于計算 ， 可通過實驗測得 。 ( ) ( )21?????????????? Ebbef f JqkTWS ??64 發(fā)射極單位周長電流容量 —— 線電流密度 ? 由于電流集邊效應 ， 使得在大電流情況下晶體管的電流容量不是取決于發(fā)射區(qū)面積 ， 而是取決于發(fā)射區(qū)的周長 。 為此 ， 特定義單位發(fā)射極周長上的電流為 線電流密度 ： e f fCMe f fe f fCMECMC M L SJSAILIJ ????65 發(fā)射極單位周長電流容量 —— 線電流密度 ? 上式中 JCM為保證不發(fā)生 基區(qū)擴展效應 或 基區(qū)大注入效應 的最大 (面 )電流密度 。 由于二者數值不等 ，在設計晶體管時應按較小的電流密度做為計算依據 。 一般說來 ， 合金型晶體管基區(qū)雜質濃度遠遠低于集電區(qū)雜質濃度 ， 容易發(fā)生基區(qū)電導調制效應 。而外延平面 (臺面 )管 ， 因基區(qū)雜質濃度遠遠高于集電區(qū)雜質濃度 ， 易于發(fā)生向集電區(qū)延伸的有效基區(qū)擴展效應 。 66 發(fā)射極單位周長電流容量 —— 線電流密度 ? 按 基區(qū)電導調制效應 計算 ， 定義：注入到基區(qū) eb結側邊界少子濃度達到基區(qū)雜質濃度時所對應的發(fā)射極電流密度為受基區(qū)電導調制效應限制的最大發(fā)射極電流密度 。 對于均勻基區(qū)管： 對于緩變基區(qū)管： bBnbEM WNqDJ ?bBnbEM WNqDJ ?0])0()0(1[)0(?++? pxbbbbbnbne nNnWnqDJ??(41) 67 發(fā)射極單位周長電流容量 —— 線電流密度 ? 按 有效基區(qū)擴展效應 計算 ， 定義：基區(qū)開始擴展時的臨界電流密度為最大集電極電流密度 。 對于均勻基區(qū)管： 對于緩變基區(qū)管： 強場 弱場 圖 46 基區(qū)寬度隨電流的變化 BslcrCM NqvJJ ??CslcrCMcTcCslcrCMNqvJJqWVNqvJJ??+??39。2039。 ]2[ ??cTcCncrCM WVNqJJ039。39。 ???68 發(fā)射極單位周長電流容量 —— 線電流密度 ? 在晶體管設計時 ， 應按上述各式求出發(fā)生基區(qū)電導調制效應及有效基區(qū)擴展效應的最大電流密度 ， 選其中較小者作為設計的上限 ， 以保